课件：线粒体与过氧化物酶体.ppt

1,4.溶酶体(lysosome),动物细胞内的一种细胞器； 小球状，外面由一层单位膜包被； 溶酶体含有60多种水解酶类，在细胞内起消化和保护作用； 当细胞被损伤时，溶酶体可释放出水解酶类，使细胞自溶。,2,电子显微镜下的溶酶体,3,4.1 溶酶体的形态结构,溶酶体的形态 溶酶体是一种异质性(heterogenous)的细胞器，呈小球状。大小变化很大，直径一般0.250.8m，最大的可超过1m,最小的直径只有25-50nm。,4,溶酶体的发现,5,溶酶体膜稳定性, 溶酶体的膜上嵌有质子泵，保持溶酶体基质内的酸性 环境； 溶酶体的膜上具有多种载体蛋白，用于水解产物向外转运； 溶酶体的膜蛋白高度糖基化，防止自身被水解消化。 溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇。,6,4.2 溶酶体的酶类,种类: A typical lysosome contains approximately 60 different hydrolytic enzymes。 The enzymes of a lysosome all have their optimal activity at an acid pH and thus are acid hydrolases, which is approximately 4.6。 少量的溶酶体酶泄漏到细胞质基质中并不会引起细胞损伤。 酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶。,7,溶酶体及其酶类,8,4.3 溶酶体的类型,初级溶酶体(primary lysosome) 次级溶酶体(secondary lysosome) 自噬性溶酶体(aotolysosome) 异噬性溶酶体(heterolysosome) 混合性溶酶体(ambilysosome) 后溶酶体(post lysosome),9,Plant cell vacuoles,10,4.4 溶酶体的功能, 物质消化和细胞营养功能； 溶酶体对细胞内外来物的分解及衰老、残损细胞器的清除； 吞噬作用(Phagocytosis) 自噬作用(Autophagy) 自溶作用(Autolysis) 参与机体防御保护功能； 参与某些腺体组织细胞分泌过程的调节； 胚胎发育和形态建成中的作用。 受精作用(fertilization),11,Phagocytosis and Autophagy,12,异噬作用,13,自噬作用,14,4.5 溶酶体的生物发生,甘露糖-6-磷酸途径 非甘露糖-6-磷酸途径,溶酶体酶的结构特征: 溶酶体的酶上都有一个特殊的标记6-磷酸甘露糖(mannose 6-phosphate, M6P)。 高尔基体外侧网络通过对M6P的识别将溶酶体的酶分选出来。 这一标记是溶酶体在粗面内质网合成后通过糖基化和磷酸化添加上去的。,15,溶酶体酶的加工 粗面内质网中进行N-连接糖基化，然后转运到高尔基体中进一步加工 甘露糖-6-磷酸化 N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶 (N-acetyglucosamine phosphotransferase) N-乙酰葡萄糖苷酶。,16,溶酶体酶的加工,17,信号斑(signal patch) 是溶酶体酶形成的一个特殊的空间结构，信号斑是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面, 这几段信号肽聚集在一起, 形成一个斑点被磷酸转移酶识别。,18,信号斑与信号肽,19,甘露糖 6-磷酸标记,20,内体(endosome) 初级内体(early endosome) 次级内体(late endosome) 次级内体的分拣作用 CURL(compartment of uncoupling of receptor and ligand): 受体与配体非偶联的区室。,21,溶酶体酶的分选 M6P受体蛋白(M6P receptor protein) M6P受体蛋白在pH为6.57的条件下与M6P结合 在酸性条件下(pH=6)脱落 M6P受体蛋白主要存在于高尔基体外侧网络 在某些细胞中M6P受体蛋白也存在于细胞质膜上。,22,Lysosome Formation,23,溶酶体的形成,24,溶酶体形成的非M6P途径,发现: 黏脂病(mucolipidosis) 种类: 溶酶体膜中的糖蛋白: -葡糖脑苷脂酶(-glucocerebrosidedase) 溶酶体膜结合蛋白前体被合成的溶酶体酶: 酸性磷酸酶 信号:酪氨酸 可能机制:,25,4.6 Disorders Resulting from Defects in Lysosomal Function,包涵体细胞病(inclusion cell disease) 矽肺病(cilicosis) 糖原贮积症(glycogen storage disease) 休克(shock),26,5. Cell Secretion and Endocytosis,27,5.1 cell secretion,细胞分泌概述 概念 细胞分泌活动的过程 内质网: 高尔基体: 细胞质膜:,28,分泌活动的类型 组成型分泌途径 (Constitutive secretory pathway) 调节型分泌途径 (Regulated secretory pathway),29,Constitutive and regulated secretory pathway,30,极性细胞的分泌活动,31,分泌过程中的蛋白质加工 内质网信号肽切除; 高尔基体 分泌泡: 高尔基体蛋白的驻留,32,胰岛素原的加工,33,胞吐作用(exocytosis) 概念 胞吐作用与分泌活动 胞吐作用的意义 胞吐作用与膜融合,34,胞吐作用,35,膜 融 合,36,5.2 phagocytosis and endocytosis,吞噬作用(phagocytosis) 巨噬细胞(macrophage) 中性细胞(neutrophils) 胞吞作用(endocytosis) 吞饮作用(pinocytosis) 液相内吞(fluid-phase endocytosis) 吸附内吞(absorption endocytosis),37,Endocytosis,38,巨噬细胞的吞噬作用,39,中性细胞的吞噬作用,40,受体 配体(ligand) .营养物、 .有害物质 .免疫物质、.信号物质 内吞过程 小窝内吞泡的形成初级内体次级内体 溶酶体。,Receptor-mediated endocytosis,41,受体介导的内吞过程,42,内吞过程中受体与配体的命运 受体再循环、配体被降解 受体与配体一起再循环 受体与配体都被降解 转胞吞作用,43,受 体 与 配 体 的 命 运,44,受体介导的LDL内吞过程,45,转铁蛋白,46,6. Mechanism of vesicular transport,小泡运输的三个关键问题： 小泡是如何形成的?为什么有些膜整合蛋白能够 被选择性地包入小泡? 不同类型的运输小泡具有什么样的信号标记，这 些标记如何帮助它们同特定类型细胞器的膜结合? 运输小泡的膜同靶膜相互融合的机理是什么?,47,6.1 运输小泡的类型与分选信号,被膜小泡(coated vesicles)类型 披网格蛋白小泡(clathrin-coated vesicle) COPII被膜小泡(COPII coated vesicles) COPI被膜小泡(COPI coated vesicles) Caveolin(小窝蛋白),48,真核细胞内发现的小泡与运输途径,49,被膜小泡运输途径,COPII-coated vesicles move materials from the ER “forward“ to the ERGIC and Golgi complex. COPI-coated vesicles move materials in a retrograde direction from the ERGIC and Golgi stack “backwards“ to the ER. Clathrin-coated vesicles They move materials from the TGN to endosomes, lysosomes, and plant vacuoles. They also move materials from the plasma membrane to cytoplasmic compartments along the endocytic pathway.,50,三种类型被膜小泡运输途径,51,被膜小泡运输的信号及相关性质,52,6.2 披网格蛋白小泡形成机制,网格蛋白及被膜亚基(coat subunits) 二聚体(Dimer): 三联体骨架(triskeliton): 被膜亚基(coat subunits):,53,网格蛋白,54,网格蛋白亚基的装配,55,披网格蛋白 小泡,56,披网格蛋白小泡的形成 披网格蛋白小窝(Clathrin-Coated Pit) 披网格蛋白小泡(Clathrin-Coated Vesicles) 有被小泡(Coat Vesicles) 无被小泡(Uncoat Vesicles) 分子伴侣Hsp70蛋白参与该过程，并且需要ATP。另外Ca2+也参与了包被的形成和去被的过程。,57,Clathrin-Coated Vesicles Formation,58,衔接蛋白(adaptin)与发动蛋白 衔接蛋白的作用 On their outer (cytosolic) surface, the adaptors bind to clathrin molecules, holding the clathrin scaffolding onto the surface of the vesicle. On their inner surface, the adaptors bind to sorting signals in the cytosolic tails of integral membrane proteins. 衔接蛋白的种类 AP1:识别M6P受体 AP2:识别细胞质膜受体,59,衔接蛋白的作用,60,AP2在网格蛋白小泡装配中的作用,61,发动蛋白(dynamin) 发动蛋白在网格蛋白小泡形成过程中同出芽的颈部结合，一旦小泡装配完成，发动蛋白立即水解其本身结合的GTP从而将小泡与质膜切离。,62,发 动 蛋 白 的 作 用,63,6.3 COP-被膜小泡形成的机理,Small GTP-binding proteins 单体G蛋白(monomeric GTP-binding protein) 活性调节 鸟嘌呤核苷释放蛋白(guanine- nucleotide-releasing protein, GNRP) GTP酶激活蛋白(GTPase-activating protein, GAP),64,Types ARF :Assembly reaction factor, 参与COPI被膜小泡的装配 Sar1 参与COPII被膜小泡的装配 功能 Which appear to regulate the binding of coat proteins to the membrane.,65,ARF在COP被膜小泡形成中作用,66,COPII-被膜小泡的形成,67,6.4 小泡的定向运输、停靠和融合机理,SNARE hypothesis NSF (N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein，NSF) SNAP (可溶性NSF附着蛋白，soluble NSF attachment protein，SNAP) V-SNARE(vesicle-SNAP receptor) T-SNARE(target-SNAP receptor),68,小泡运输的导航标志,69,Rab-protein,The Rab proteins are a family of small GTP-binding proteins that are related to the Ras proteins. More than 30 different Rab proteins have been identified and shown to function in specific vesicle transport processes. They may function in several steps of vesicle trafficking, including interacting with SNAREs to regulate and facilitate the formation of v-SNARE/t-SNARE complexes.,70,膜泡运输、融合及Rab蛋白的作用,71,Membrane Fusion,72,NSF在膜泡运输中的作用,73,同型膜融合,74,6.5 Membrane Biogenesis,膜合成的两种模型 自我装配模型 (Spontaneous self-assembly)。 膜扩展模型 (Membrane extension model),75,膜脂的来源及不对称分布,大多数磷脂在ER上合成 通过出芽形成小泡，将磷脂转移到其它的膜结构上 通过磷脂转运蛋白运输到其它的膜结构。 磷脂在膜上的不对称分布 磷脂交换蛋白对磷脂的运输和插入是选择性的； 热动力学驱使磷脂的不对称分布，因为膜两侧的环境是不同的。,76,膜合成中脂的来源,77,膜整合蛋白和外周蛋白的形成,膜整合蛋白的方向 脂锚定蛋白 糖脂锚定蛋白 脂肪酸锚定蛋白 外周蛋白 内侧外周蛋白